Коммутационно-фильтровое устройство радиолокатора непрерывного излучения с частотной манипуляцией и модуляцией
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ктромагнитной совместимости (ЭМС), комплексное решение задач проектирования и практической реализации оптимальных СВЧ фильтров, а также обобщение накопленного опыта их проектирования представляется весьма актуальными.
- Волноводные фильтры
Фильтры диапазона СВЧ обычно представляют собой каскадное соединение объемных резонаторов. Получили распространение два способа включения резонаторов в цепочку: непосредственное (фильтры с непосредственными связями рис.1), с помощью отрезков линии (фильтры с четвертьволновыми связями рис.2).
Рисунок 1. Схематическое изображение фильтра с непосредственными связями между резонаторами
К преимуществам фильтров с четвертьволновыми связями относится удобство их настройки, которая может осуществляться поэлементно.
К недостаткам большие габариты, а также ограничения по полосе частот (не более 10-15%), в которой сохраняется приемлемая точность расчета.
Метод расчета включает в себя два этапа: сначала рассчитывается некоторая, принятая в качестве прототипа, схема из LC элементов, далее этой схеме ставится в соответствие фильтр СВЧ и определяются параметры всех его объемных резонаторов. Прототипом принят полосно-пропускающий фильтр, изображенный на рис.3; задачей его расчета является определение нагруженных добротностей Q контуров по заданной частотной характеристике рабочего затухания (собственная добротность контуров предполагается при этом бесконечной).
Рисунок 2. Схематическое изображение фильтра с четвертьволновыми связями
После расчета прототипа переход к фильтру СВЧ облегчается изменением прототипной схемы и приведением ее к виду, изображенному на рис.4.
Рисунок 3. Схема прототипа
Рисунок 4. Видоизмененная схема прототипа
Эквивалентность схем, изображенных на рис.3 и 4, сохраняется в полосе до 20%; причиной ограничений является частотная чувствительность четвертьволновых отрезков линии.
Рисунок 5. Частотная характеристика прототипа
Ниже дана последовательность операций синтеза прототипа. Прежде всего необходимо задать шесть величин, характеризующих требуемые электрические свойства фильтра(рис.5):
граничные частоты полосы пропускания fп и f-п;
граничные частоты заграждения fз и f-з;
максимальное затухание в полосе пропускания bп (или допуск на рассогласование |Г|мах);
минимальное затухание в полосе заграждения bз.
Первый этап синтеза состоит в выборе конкретной формы функции рабочего затухания. Наиболее распространены два вида этой зависимости:
чебышевская
и максимально плоская
.
Где Tn полином Чебышева 1-го рода n-го порядка;
n число звеньев фильтра;
- частотная переменная;
h амплитудный множитель;
;
;
S масштабный множитель;
при ;
;
- добротность (по уровню 3 дБ) фильтра с максимально плоской характеристикой.
Для чебышевского фильтра:
;
и для фильтра с максимально-плоской характеристикой:
.
При этом
;
;
где bп и bз даны в дБ
и
.
Второй этап синтеза заключается в определении коэффициента передачи Т11 по заданному в виде функции квадрату его модуля. Для этой цели необходимо найти корни уравнения
и представить функцию рабочего затухания в виде произведения двух комплексно-сопряженных множителей:
.
Где 1, 2,…, n корни, расположенные в верхней полуплоскости комплексной переменной ;
*1, *2,…, *n сопряженные корни.
В качестве Т11 выбираем тот из сомножителей в (), корни которого лежат в верхней полуплоскости, т.е. соответствуют устойчивому полиному.
Третий этап синтеза состоит в определении сопротивления холостого хода Zxx фильтра по найденному значению Т11. Если в заданной функции рабочего затухания полином - нечетный, то фильтр будет симметричным; его сопротивление холостого хода следует определять по формуле:
.
Если же - четный полином, то соответствующий фильтр антиметричный и сопротивление холостого хода вычисляется по формуле:
.
В последнем случае в схеме может понадобиться идеальный трансформатор, обеспечивающий ; это характерно для чебышевских фильтров с четным числом звеньев.
Четвертый этап синтеза заключающийся в определении числовых значений ветвей лестничной схемы. С этой целью найденное значение сопротивления холостого хода Zxx разлагается в цепную дробь:
;
и коэффициенты к1, к2,…, кn отождествляются с элементами лестничной схемы. Если синтезируется полосно-пропускающий фильтр, то и к1, к2,…, кn соответствуют добротностям параллельных и последовательных контуров в ветвях лестничной схемы.
Приведенный выше метод в первоначальном своем виде неудобен при расчетах вследствие громоздкости и значительной вероятности ошибок.
Известны два способа преодоления этих трудностей. В первом способе выявляются общие закономерности в распределении добротностей контуров лестничной схемы; эти закономерности исследуются при разложении Zxx в цепную дробь и затем (по индукции) обобщаются. Наиболее простой закон распределения добротностей в фильтре с максимально плоской характеристикой:
,
где Qm требуемая добротн